提高高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)有效性的策略探究

徐曉舟

摘 要：本文結(jié)合普通中學(xué)高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題，從改進(jìn)課堂演示實(shí)驗(yàn)和學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)、加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)習(xí)題的開發(fā)和利用等方面入手進(jìn)行探索，循序漸進(jìn)，不斷提高和完善物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性，從而使學(xué)生能夠從物理實(shí)驗(yàn)中得到更多的思維鍛煉和能力培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)教學(xué)；課堂演示實(shí)驗(yàn)；學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)習(xí)題

在全面實(shí)施新課程后，高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)狀況已悄然發(fā)生了變化，教學(xué)手段的現(xiàn)代化、教學(xué)資源的多元化也給物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革帶來了諸多的便捷。但目前仍有很多教師受傳統(tǒng)教學(xué)模式的深刻影響，實(shí)驗(yàn)課堂始終籠罩在傳統(tǒng)講授式、灌輸式的陰影下，可謂是“穿著新鞋走老路”。物理學(xué)的根基在于實(shí)驗(yàn)，一切理論都要用實(shí)驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)。為了盡快扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不利局面，提高高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量，應(yīng)該從以下幾個(gè)方面聯(lián)合入手，同步推進(jìn)，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)真正發(fā)揮作用。

一、改進(jìn)課堂演示實(shí)驗(yàn)

課堂演示實(shí)驗(yàn)無論是用實(shí)物演示還是用模型來演示，都能形成生動(dòng)、鮮明、具體、真實(shí)的直觀形象，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有助于學(xué)生更好地掌握概念和規(guī)律。所以，課堂演示實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)對(duì)于提高物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)有效性來說有著無可替代的作用。

1.探究式演示實(shí)驗(yàn)

傳統(tǒng)的演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)一般都是先由教師介紹儀器，然后開始實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，然后根據(jù)現(xiàn)象得出結(jié)論。這樣的演示實(shí)驗(yàn)缺少啟發(fā)性，缺少學(xué)生的參與，不利于學(xué)生思維能力的提高。

在物理學(xué)中，許多自然事物的本質(zhì)屬性要通過實(shí)驗(yàn)才能揭示。只有善于分析實(shí)驗(yàn)的宏觀現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)中數(shù)據(jù)的變化，才能透過現(xiàn)象看到本質(zhì)，并通過數(shù)據(jù)的變化抽象出概念或規(guī)則。為了有效地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ覀儜?yīng)改變傳統(tǒng)的方式，把探究的教學(xué)方法應(yīng)用于演示實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)過程中不斷啟發(fā)學(xué)生，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行分析，對(duì)探究的結(jié)果進(jìn)行闡述交流，促使其積極思考，并逐漸養(yǎng)成獨(dú)立探究的習(xí)慣。

例如在學(xué)習(xí)“電磁鐵磁性的強(qiáng)弱與什么因素有關(guān)”的知識(shí)點(diǎn)時(shí)，我們在課堂演示實(shí)驗(yàn)中，可以提出“如果改變通過電磁鐵的電流或者改變電磁鐵的匝數(shù)，它的磁性強(qiáng)弱是否會(huì)改變”這一問題，來啟發(fā)學(xué)生相互討論：

假設(shè)通過電磁鐵的電流由0.1A增加到0.2A，電磁鐵的磁性會(huì)怎樣？是否可以這樣推測：導(dǎo)線中的0.2A電流是兩股0.1A電流匯合而成的，每股電流都產(chǎn)生一個(gè)磁場，兩個(gè)相同磁場合在一起，電磁鐵的磁性增強(qiáng)了。

如果電磁鐵的電流不變，線圈由200匝增加到400匝，它的磁性又會(huì)怎樣？是否可以這樣推測：400匝線圈是由兩組200匝線圈組合而成的，每組線圈都產(chǎn)生一個(gè)磁場，兩個(gè)相同磁場合在一起，電磁鐵的磁性就增強(qiáng)了。

通過以上推測，學(xué)生可以想到：電磁鐵的線圈匝數(shù)越多，通過的電流越大，電磁鐵的磁性將越強(qiáng)。

而這些推測和假設(shè)在演示實(shí)驗(yàn)中得到證明時(shí)，就可以給學(xué)生創(chuàng)造更多的探究點(diǎn)和興奮點(diǎn)，使課堂實(shí)驗(yàn)的整個(gè)過程中都有探究活動(dòng)參與其中。

2.對(duì)比式演示實(shí)驗(yàn)

對(duì)于不同的演示實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，教師可以有意識(shí)地綜合比較相同實(shí)驗(yàn)器材的使用方法和某些共同的特性；對(duì)于同一個(gè)演示實(shí)驗(yàn)，我們也可以采用不同的實(shí)驗(yàn)方法，對(duì)比實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果，以加深學(xué)生對(duì)概念規(guī)律的理解和掌握。

比如，在學(xué)習(xí)“自由落體運(yùn)動(dòng)”這一知識(shí)點(diǎn)時(shí)，為了幫助學(xué)生正確建立自由落體運(yùn)動(dòng)的模型，可以設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)一：教師先從同一高度同時(shí)由靜止釋放一個(gè)鐵球和一張紙片，結(jié)果鐵球下落得快。（學(xué)生看到這一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象后認(rèn)為：重物下落得快。）再取一張紙片，剪成大小相同的兩張，將其中一張揉成紙團(tuán)，再次從同一高度由靜止釋放紙團(tuán)和紙片，結(jié)果紙團(tuán)下落快。（學(xué)生看到實(shí)驗(yàn)結(jié)果后，又迅速推翻了之前的觀點(diǎn)。）然后從同一高度釋放鐵球和紙團(tuán)，兩者下落速度幾乎相同。（到這時(shí)候，學(xué)生帶著疑問，開始真正探索思考自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律了。）

說明：通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)，展示了物體重量和下落速度之間關(guān)系的矛盾，為進(jìn)一步探究矛盾的根源創(chuàng)造了條件。

實(shí)驗(yàn)二：取三只量筒A、B、C，并排放在水平桌面上，B、C分別裝上清水和肥皂液，將三只相同的鐵球從量筒口同時(shí)釋放，觀察鐵球運(yùn)動(dòng)的快慢。然后在量筒A中加入清水，用鐵球和塑料球分別在量筒A、B中重復(fù)以上操作，觀察兩球下落的快慢。

說明：通過上述對(duì)比實(shí)驗(yàn)，可以得出：阻力對(duì)物體下落有影響，阻力越大影響也越大；阻力相對(duì)重力越小，則影響越小。

實(shí)驗(yàn)三：做“牛頓管”實(shí)驗(yàn)，將管抽空則可以看到羽毛與鐵片下落速度相同。

說明：通過羽毛和鐵片的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，可以得出關(guān)鍵性的結(jié)論：如果沒有阻力，物體只受重力由靜止開始下落的運(yùn)動(dòng)的快慢都相同，物理上將這種運(yùn)動(dòng)定義為自由落體運(yùn)動(dòng)。

通過這一系列的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，學(xué)生基本就能透徹理解自由落體運(yùn)動(dòng)的概念了。

對(duì)比式演示實(shí)驗(yàn)，可以培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力，有助于學(xué)生形成正確的物理概念，深入理解物理規(guī)律。

3.多媒體輔助實(shí)驗(yàn)

客觀條件下，一些實(shí)在無法完成的課堂實(shí)驗(yàn)，就必須借助多媒體輔助教學(xué)的方法了。可以用計(jì)算機(jī)模擬顯示實(shí)際操作難以演示的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，通過電腦課件動(dòng)畫模擬實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，將微觀的、不可見的、抽象的、難以解釋清楚的實(shí)驗(yàn)形象地展示在學(xué)生面前。

例如在“練習(xí)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器”實(shí)驗(yàn)時(shí)，我們制作了“打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作原理”的動(dòng)畫。通過電流表的指針偏轉(zhuǎn)來表現(xiàn)交流電的大小與方向的變化，通過與永久磁鐵對(duì)應(yīng)的顏色變化來反映振片的磁極變化，通過周期為0.02s的一個(gè)小時(shí)鐘來表達(dá)打點(diǎn)周期。

又如在“測定玻璃的折射率”實(shí)驗(yàn)時(shí)，由于學(xué)生還沒有實(shí)際看大頭針像的經(jīng)驗(yàn)，教師很難用語言表達(dá)清楚物像“遮擋”及其本質(zhì)，而通過制作動(dòng)畫很好地突破了這一教學(xué)難點(diǎn)。

生動(dòng)形象的圖像乃至動(dòng)畫，大大提高了學(xué)生的注意力，整個(gè)學(xué)習(xí)過程更加順利，教學(xué)效率大大提高。

二、改進(jìn)學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)

1.挖掘?qū)W生實(shí)驗(yàn)中的探究功能

學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)是在教師的指導(dǎo)下去探究尚未認(rèn)識(shí)的現(xiàn)象、規(guī)律的教學(xué)活動(dòng)，一般來說，它具有確定的結(jié)果。探究效果與學(xué)生的知識(shí)水平、參與程度密切相關(guān)。

下面以“探究感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件”實(shí)驗(yàn)為例，說明如何發(fā)揮探究性學(xué)生實(shí)驗(yàn)的探究教學(xué)功能。

由上表可以看出，同一個(gè)探究性實(shí)驗(yàn)就實(shí)驗(yàn)本身而言的探究點(diǎn)有多個(gè)，由該實(shí)驗(yàn)輻射的發(fā)散點(diǎn)也是多方面的，這些都是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維的良好素材。

我們要讓學(xué)生學(xué)會(huì)探究，在探究的過程中成長，通過實(shí)驗(yàn)觀察和探索活動(dòng)發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，培養(yǎng)學(xué)生的觀察實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ΓB(yǎng)成科學(xué)的態(tài)度。

2.改部分演示實(shí)驗(yàn)為探究性學(xué)生實(shí)驗(yàn)

“百聞不如一見，百見不如一練。”演示實(shí)驗(yàn)是老師做、學(xué)生看。普通中學(xué)的學(xué)生整體素質(zhì)一般，注意力容易分散，致使有些演示實(shí)驗(yàn)效果很差。但如果把部分合適的演示實(shí)驗(yàn)改為學(xué)生實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生從觀眾變成演員，學(xué)生的積極性一下子就被調(diào)動(dòng)起來了。改部分演示實(shí)驗(yàn)為探究性學(xué)生實(shí)驗(yàn)，不僅可以增加學(xué)生在課堂上動(dòng)手動(dòng)腦的機(jī)會(huì)，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)基本功的訓(xùn)練，而且還可以幫助學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)探求知識(shí)，培養(yǎng)能力。

如在學(xué)習(xí)“楞次定律”時(shí)，教師可以先做演示實(shí)驗(yàn)：導(dǎo)線在蹄形磁鐵中切割磁感線閉合回路中有電流，電流的方向可用右手定則確定。然后引導(dǎo)學(xué)生思考：當(dāng)閉合圓形線圈靜止在磁感應(yīng)強(qiáng)度逐漸增大的磁場中時(shí)，方向如何判斷？

當(dāng)有學(xué)生猜想感應(yīng)電流的方向與磁通量變化有關(guān)時(shí)，可以引導(dǎo)學(xué)生用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證自己的猜想。在實(shí)驗(yàn)之前，先用一節(jié)舊電池檢查電流的方向與靈敏電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)方向關(guān)系，然后用靈敏電流計(jì)與副線圈相連，將條形磁鐵在線圈中插入和抽出，觀察這兩個(gè)過程中感應(yīng)電流的方向與原磁場的方向及磁通量變化的關(guān)系。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)論，學(xué)生自己就總結(jié)出“當(dāng)磁通量增加時(shí)，感應(yīng)電流磁場方向與原磁場方向相反；當(dāng)磁通量減少時(shí)，感應(yīng)電流磁場方向與原磁場方向相同”的道理，從而得出楞次定律。

通過這樣的引導(dǎo)和探究，學(xué)生在獲取基礎(chǔ)知識(shí)的過程中，又學(xué)會(huì)了科學(xué)思維的方式，掌握了學(xué)習(xí)的方法。

三、加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)習(xí)題的開發(fā)和利用

實(shí)驗(yàn)習(xí)題不應(yīng)總是以教師的講授為主，也可以讓學(xué)生親自參與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，從而培養(yǎng)學(xué)生的問題意識(shí)及創(chuàng)新能力。

例如：在力的分解教學(xué)時(shí)，要根據(jù)力的作用效果確定分力的方向，力的作用效果學(xué)生往往想不出來，但可以用實(shí)驗(yàn)把它顯示出來。如下圖（a）所示，重物掛在支架上，把重物對(duì)支架的拉力分解，

為了啟發(fā)學(xué)生看到力的“效果”，可把支架的AB改用橡皮條A′B′代替見圖（b），C處改為活動(dòng)而在豎桿中打穿一個(gè)孔，橫桿B′C′插入并在孔的外邊封一塊橡皮，這樣，重物一掛，A′B′被拉伸，C′橡皮凸出。借助了這一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，化解了確定分力方向這一難點(diǎn)。把這個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)告訴學(xué)生，作為周末作業(yè)讓學(xué)生完成，既能變廢為寶又能科技創(chuàng)新。對(duì)優(yōu)秀的作品予以表彰，留存實(shí)驗(yàn)室作為教具。

總之，物理實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)的根基，我們要不斷改進(jìn)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方式方法，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)意識(shí)教育，引導(dǎo)學(xué)生踏踏實(shí)實(shí)做好每一個(gè)探究實(shí)驗(yàn)，追求實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的最優(yōu)化。